Pri podjetju Inea RBT ponudbo opreme za avtomatizacijo dopolnjujemo tudi s produkti in rešitvami za komunikacijo v industriji švedskega proizvajalca HMS Industrial Networks.
V osnovi gre za pretvornike, ki omogočajo prehod med različnimi komunikacijskimi protokoli (pretvorniki Anybus), module, ki omogočajo CAN in Safety komunikacijo (moduli IXXAT), ter modeme eWON za oddaljeni dostop do naprav. V temu članku opisujemo uporabnost in funkcionalnosti produktov Anybus, IXXAT in eWON, ki pomen pridobivajo predvsem v smislu koncepta »Industrija 4.0« in medsebojne komunikacije naprav v različnih industrijah.
Komunikacijski pretvorniki Anybus
Pretvorniki in vmesniki Anybus so namenjeni prevajanju različnih komunikacijskih protokolov znotraj omrežij in med omrežji. Osnovni problem, ki ga pretvorniki Anybus rešujejo, je v dveh nezdružljivih komunikacijskih protokolih (kot na sliki 1 protokola PROFINET in CC-link IE Field). Rešitev za prevajanje dveh različnih komunikacijskih protokolov so pretvorniki Anybus Communicator in Anybus X-Gateway, s katerimi je mogoče pokriti večino kombinacij/parov komunikacijskih protokolov. Pretvorniki se lahko namestijo na letev v elektro omarici.
Poleg omenjenih pretvornikov blagovna znamka Anybus za potrebe strojegraditeljev in proizvajalcev elektronike nudi tudi vgradljive komunikacijske vmesnike – vstavljive module, vezja in komunikacijske kartice. Ob večjih količinah strojev, kjer gre za serijsko proizvodnjo in kjer proizvajalec želi zagotoviti povezljivost z določenim komunikacijskim protokolom, so smiselne integrirane komunikacijske rešitve.
Poleg pretvornikov Communicator, X-Gateway in vgradljivih rešitev za kompatibilnost protokolov v okviru blagovne znamke Anybus obstajajo tudi produkti za vzpostavljanje brezžične komunikacije med omrežji, napravami in tudi upravljalci strojev (njihovimi pametnimi napravami ali računalniki).
Dva izmed omenjenih produktov sta Anybus Wireless Bolt in Anybus Wireless Bridge. Anybus Wireless Bolt je uporaben predvsem za vzpostavitev brezžične povezave s strojem in deluje kot pristopna točka z Web strežnikom. Vgradnja Wireless Bolta je enostavna, medtem ko brezžično povezovanje operaterja, ki dostopa do Wireless Bolta, temelji na principih Web strežnika. Pred prvim brezžičnim dostopom do naprave (preko Bolta) se pristopno točko Wireless Bolt enostavno skonfigurira preko vnosa statičnega IP naslova v brskalnik. Prednost uporabe take pristopne točke je predvsem v tem, da operaterju stroja ali vzdrževalcu do stroja ni treba pristopati fizično preko HMI panela, ampak to lahko stori preko pametnega telefona, tablice ali računalnika. Omogočeno je oddaljeno parametriranje, upravljanje in vzdrževanje naprave. Brezžična povezava med upravljalcem in napravo preko pristopne točke Bolt lahko temelji na Bluetooth in Wi-Fi komunikaciji, največji doseg brezžične povezave do pristopne točke Bolt pa je 100 metrov. Žična povezava med napravo (npr. krmiljeno s PLC-jem) in pristopno točko Bolt pa je mogoča preko Etherneta.
Primer uporabnika produkta Wireless Bolt je dansko podjetje Infuser, ki proizvaja robote za čiščenje različnih prostorov – npr. operacijskih sob in dvoran ter industrijskih prostorov. Robot čisti prostor s pomočjo biocidnega sredstva za odstranjevanje gliv, neželenih bakterij in virusov. Wireless Bolt je enostavno pritrjen na robota, ki se premika po prostoru, ter žično povezan s PLC krmilnikom, ki krmili robota. Na drugi strani upravljalec krmili robota brezžično preko tablice in WLAN komunikacije. Rešitev je priročna tudi zato, ker Wireless Bolt omogoča hkratno komunikacijo več parov pristopnih točk (Bolt) in npr. upravljalskih PC tablic v istem prostoru brez komunikacijskih motenj.
V okviru brezžičnih rešitev Anybus obstaja tudi namenski produkt Wireless Bridge za brezžično spajanje dveh omrežij, kjer žična komunikacija ni mogoča ali zaželena. Mogoča sta dva načina komunikacije. Produkt Wireless Bridge – Serial – Bluetooth omogoča brezžično Bluetooth povezavo (domet 300 metrov) med dvema točkama, ki ju želimo brezžično spojiti, ter serijsko RS-232/422/485 komunikacijo med omrežjem in pristopno točko Wireless Bridge. Druga možnost brezžičnega spajanja dveh točk je uporaba pristopne točke Wireless Bridge II – Ethernet. Ta omogoča Bluetooth in Wi-Fi brezžično premostitev razdalje med dvema omrežjema (z dometom 400 metrov) ter Ethernet komunikacijo med pristopno točko Bridge in omrežjem. Oba omenjena produkta Wireless Bridge se uporabljata v paru, saj sta namenjena vzpostavitvi brezžične komunikacije med dvema omrežjema.
CAN protokol – moduli IXXAT
Poleg rešitev za prevajanje različnih komunikacijskih protokolov proizvajalec HMS Industrial Networks nudi tudi rešitve za protokol CAN (tudi CAN FD in CANopen). Rešitve za te protokole podjetje HMS ponuja pod imenom IXXAT. Protokol CAN je bil prvotno razvit za potrebe avtomobilske industrije oziroma komunikacije med komponentami v osebnih vozilih – med aktuatorji, senzorji in drugimi komponentami, a se je njegova raba preselila tudi v druge industrije. Danes se uporablja v številnih panogah in napravah: v medicinski in laboratorijski opremi, majhnih robotih, ladjah, pri avtomatizaciji zgradb, merilnih sistemih, v vozilih ter v naftni in plinski industriji.
Glavni produkti IXXAT so CAN vmesniki in komunikacijski prehodi, CAN komunikacijski ponavljalniki ter produkti za varno »Safety« komunikacijo. IXXAT moduli, prehodi in vmesniki omogočajo prevajanje CAN komunikacije na protokole USB, Ethernet, LIN, Profinet, Bluetooth in ostale protokole.
Primer komunikacije z napravo, ki temelji na CAN protokolu, je mogoče videti pri dvigalih. Dvigala so kot transportno sredstvo predmet občasnih varnostnih pregledov, v vmesnem obdobju pa je dvigalo mogoče varnostno diagnosticirati preko komunikacije z zunanjo napravo. Sodobna dvigala so poleg alarmne tipke in internega komunikacijskega sistema opremljena še s številnimi senzorji, ki pridobivajo najrazličnejše informacije o dvigalu. Komunikacija med senzorji in nadzornim sistemom dvigala pogosto sloni prav na CAN protokolu, zaradi fizičnih omejitev pa se podatki s CAN protokola dvigala na centraliziran nadzorni center za spremljanje dvigal (lahko) prenašajo na Ethernet protokol. Za pretvorbo se lahko uporablja IXXAT-ov prehod CAN@net NT 200, ki omogoča zanesljiv prenos podatkov z majhno zakasnitvijo med dvema različnima omrežjema. Na eni strani modul preko CAN vmesnika pridobiva podatke iz nadzornega sistema dvigala, na drugi strani pa statusne podatke dvigala preko Ethernet vrat sporoča na LAN omrežje stavbe in naprej v centralno nadzorno lokacijo (računalnike za monitoring). Rešitev je kompatibilna z računalniki različnih operacijskih sistemov (Windows, Linux, VxWorks ali QNX). Komunikacija med nadzornim računalnikom (oziroma Ethernet omrežjem stavbe) in vmesnikom CAN@net NT 200 je izvedena preko standardne TCP/IP vtičnice in »za implementacijo« enostavnega ASCII protokola, ki omogoča prenos podatkov v programsko orodje za monitoring oziroma vizualizacijo.
Drugi primer uporabe CAN vmesnikov so naprave v medicini. Leta 1992 se je za rabo v medicini v okviru podjetja Philips Medical Systems pojavil programski protokol, ki je služil kot osnova za protokol CAL. Slednji je predstavljal temelje za današnji CANopen protokol. Danes se le-ta uporablja v mnogih medicinskih napravah. Moderne medicinske naprave so sestavljene iz množice modulov, ob uporabi standardiziranega protokola, kot je CANopen, pa so lahko komponente modularno povezljive. Za nadzor medicinskih nalog preko računalnika morajo biti računalniki zmožni komunicirati s CAN/CANopen protokolom. Povezljivost medicinskih naprav (ki komunicirajo na CANopen protokolu) z računalniki je mogoče doseči z uporabo IXXAT-ovih PC/CAN vmesnikov. Poleg modulov za omenjeni protokol HMS nudi tudi CANopen gonilnike za operacijski sistem Windows. Z uporabo programskega orodja IXXAT CANopen Manager API so lahko medicinske naprave nadzorovane preko računalnika, podatki pa uvoženi za nadaljnjo presojanje in ocenjevanje. IXXAT CANopen Manager API podpira aplikacijski protokol CiA 425, ki omogoča enostavno integracijo komponent v zaključen sistem. Nadzorni računalnik z IXXAT CANopen Manager API-jem prepozna povezane naprave in njihovo lokacijo v omrežju ter omogoča samodejno konfiguracijo in nadzor celotnega sistema.
Poleg omenjenih produktov in rešitev za CAN komunikacijo je znamka IXXAT uveljavljena tudi na področju rešitev za testiranje avtomobilskih sistemov in komponent. Že omenjeno – moderni avtomobili so opremljeni z različnimi elektronskimi komponentami in kontrolnimi sistemi (od nadzora motorja, airbagov do elektronsko nastavljivih sedežev). Za potrebe testiranja vgrajenih komponent so na voljo sistemi za preverjanje voznih lastnosti, trkov, različnih delov avtomobilov in ostalih funkcionalnosti.
Industrijski modemi eWON za oddaljeni dostop do naprav
Tretja blagovna znamka proizvajalca HMS Networks so modemi eWON, ki omogočajo daljinsko povezovanje (Cosy 131) do oddaljenih naprav in strojev ter pridobivanje podatkov z oddaljenih lokacij (Flexy 205). Prednosti uporabe prepoznavajo strojegradniki, sistemski integratorji in končni uporabniki (npr. vodje proizvodnih obratov in vzdrževalci). Modem Cosy kot vstopni nivo oddaljenega dostopa do naprav omogoča oddaljeno odpravljanje težav, programiranje PLK-ja, dostopanje do HMI panela, vzpostavljanje slike iz oddaljene IP kamere in parametriranje stroja. Naštete funkcionalnosti omogočajo časovne in finančne prihranke v primerjavi z lokalnim dostopom do fizično oddaljene naprave. Obstajajo štirje modeli modema Cosy 131 – Ethernet, Wi-Fi in Cellular (3G in 4G).
Modem Flexy je nadgradnja modela Cosy, saj poleg oddaljenega dostopa do naprav omogoča bolj napredne podatkovne storitve v obliki pridobivanja podatkov z oddaljenih lokacij, alarmov in podobno. Na ta način je mogoče spremljanje stroja in njegove uspešnosti ter s tem tudi proaktivno vzdrževanje stroja. Glavne funkcije obsegajo centralno pridobivanje podatkov s časovno oznako (npr. alarmov, ključnih kazalnikov uspešnosti obratovanja naprave in porabe) in izdelavo lastnega HMI operaterskega panela. Z naštetimi funkcionalnostmi stroj pridobi na vrednosti, prednosti pa vidi tako uporabnik (npr. SCADA aplikacije) kot strojegradnik oziroma sistemski integrator (vzdrževanje, zagon in parametriranje stroja). Podobno kot modem Cosy tudi modem Flexy omogoča povezovanje v internetno omrežje (in do oblaka Talk2M) preko Ethernet, Wi-Fi in mobilne komunikacije. Pri modemih Cosy in Flexy uporabnik do oddaljenega stroja dostopa preko internetnega oblaka Talk2M, modem na oddaljeni lokaciji pa se v internetno omrežje povezuje preko Ethernet žične povezave, Wi-Fi brezžične povezave ali preko 3G/4G GSM komunikacije (glej sliko 5).
Pridobljeni podatki z oddaljenih lokacij dobijo še večjo vrednost, če jih je mogoče tudi vizualizirati. Običajno operaterji dostopajo do stroja lokalno preko HMI panelov, kjer je mogoče prikazati in hraniti podatke, ki prihajajo iz PLC-ja in prikazujejo stanje/obratovanje stroja, operater pa lahko preko HMI panela z napravo tudi upravlja. Enako funkcionalnost, a z daljinsko dosegljivostjo, je mogoče doseči s pomočjo orodja oziroma spletnega portala M2Web, ki preko kateregakoli spletnega brskalnika omogoča vizualizacijo dejanskega HMI panela na pametni napravi ali osebnem računalniku. Spletni brskalnik tako postane »daljinski« HMI panel. M2Web v namen daljinskih HMI panelov uporablja VNC in RDP protokol ter HTML5.0 pretvornike. Za potrebe vzpostavitve vizualizacije se uporablja orodje ViewON, kjer gre za grafično orodje, ki se uporablja za oblikovanje HMI grafike in temelji na HTML5.0 strani. Vzpostavljena vizualizacija se nato naloži v eWON-ov spletni strežnik. Tako je mogoče hkratno oddaljeno branje in pisanje podatkov iz PLK-ja.
Zaključek
V »luči« interneta stvari se precej govori o povezanosti avtomatizacijskih naprav, senzorjev in ostalih komponent/naprav od najvišjega do najnižjega nivoja. Primeri uporabe v smislu IoT kažejo predvsem na izboljšano diagnostiko, vzdrževanje in zmožnosti sredstev (naprav in sistemov). Našteti produkti proizvajalca HMS Networks predstavljajo komunikacijske vmesnike, ki omogočajo medsebojno komunikacijo med uporabnikom in napravo ter med samimi napravami. Namen medsebojne povezljivosti naprav in uporabnikov naprav je poenostaviti delo uporabnikov naprav ter znižati stroške in povečati produktivnost. Pri medsebojni povezljivosti med napravami pa je namen povečati njihovo funkcionalnost in fleksibilnost ter zagotoviti boljše/prave informacije na najvišje nivoje podjetja.
Viri: interno in promocijsko gradivo podjetja HMS Industrial Networks
Inea RBT d.o.o. – zastopnik blagovnih znamk Anybus, IXXAT in eWON proizvajalca HMS Industrial Networka
Inea RBT – oprema za avtomatizacijo d.o.o.
Stegne 11, 1000 Ljubljana
Tel: 01 513 81 00
E-pošta: info@inea-rbt.si
www.inea-rbt.si
